Обделка тоннелей

Из общего количества 430 тоннелей большой длины, находящихся в эксплуатации, около 40% имеют бетонную обделку, 20% — каменную, кирпичную или из камня и кирпича, 12% —деревянную, 20% — из комбинации указанных выше материалов и 8% тоннелей обделки не имеют.
В настоящее время для замены обделки старых тоннелей и устройства ее в новых, как правило, применяют бетон или железобетон. Применяют для этой цели также торкрет, который иногда наносят по арматуре или по металлическим листам.
Каменную и кирпичную тоннельные обделки   практически  не применяют вследствие их высокой стоимости и отсутствия квалифицированных каменотесов.
Легкая приспособляемость бетона к любым условиям строительства, его сравнительно низкая строительная стоимость и небольшие расходы на содержание привели к широкому применению бетонных обделок. Для бетонирования применяют подвижную опалубку и бетононасосы.
Железобетонную обделку устраивают в тех случаях, когда имеет место высокое горное давление, вообще же говоря, удобнее применять для обделок бетон, в связи с тем, что его легче укладывать в формы. Для размещения арматуры (рис. 1) и нормальной ее работы толщину обделки приходится увеличивать.
Одним из недостатков железобетонной обделки является ржавление арматуры вследствие просачивания воды, с последующим появлением трещин в бетоне.
В некоторых старых тоннелях заметны повреждения бетонной обделки свода. Этот дефект объяснялся низким качеством бетона и вредным действием сернистого газа, содержащегося в паровозном дыме. Увеличение сечения тоннеля и повышение плотности бетона значительно улучшили положение.
Торкрет представляет собой хороший материал для тоннельной обделки. Его можно наносить непосредственно на скалу, он служит защитным слоем для листов металлической обделки, а также употребляется для замены или ремонта повреждений обделки из бетона или кирпича. При условии хорошего ухода во время твердения торкрет оказывается предохраненным от появления в нем волосных трещин; при этом полностью проявляются его положительные свойства. В частности, благодаря высокой плотности торкрет-бетон хорошо сопротивляется действию сернистого газа.

РЕКОМЕНДАЦИИ AREA
AREA составлены Технические указания по применению бетона для обделок в новых тоннелях и для замены обделки в старых Предусмотрены случаи, когда тоннель проходит в обычной скале и не испытывает чрезмерного горного давления.
проектирование

1. Внутренние размеры. Внутренние размеры тоннеля должны быть назначены в полном соответствии с габаритами для тоннелей, рекомендованными AREA1. Если официальные требования предусматривают необходимость большего габарита тоннеля, то они должны быть выполнены.

На закруглениях габарит должен быть увеличен с тем, чтобы допустить пропуск вагона длиной 25,9 м, высотой 4.25 м с расстоянием между шкворнями тележек 8.2 м. возвышение наружного рельса должно соответствовать рекомендациям AREA.
В тоннелях, проходящих через водоносные слои, для возможности размещения водоотводов расстояние от оси до стенки должно быть не меньше 2,74 м, а в тех случаях, когда требуется устройство вентиляции, высоту тоннеля следует увеличить не меньше чем на 30 см.

1. Сбор предварительных данных. Для получения сведений, необходимых при проектировании нового тоннеля, проводят полевые изыскания, определяют геологический разрез, выясняют гидрологические условия (грунтовые воды), устанавливают места сбросов, проводят колонковое бурение, определяют прочность скалы, подлежащей разработке, а также собирают данные о существующих тоннелях, проходящих в аналогичных условиях. В тех случаях, когда новый тоннель прокладывается вблизи от существующего, необходимо исследовать старые архивные документы для получения данных о грунтовых водах, зонах сбросов и др. Если архивные материалы недостаточны, следует провести колонковое бурение в существующих соседних тоннелях.
2. Путь и балластные стенки. Путь может укладываться на балласте, находящемся между специальными стенками, либо представлять собой монолитную плиту с забетонированными шпалами.

Рельс должен через двухребордчатые подкладки опираться на забетонированные полу шпалы сечением 20 х 25 см длиной 0,76 м, расположенные на расстоянии 0,5 м между осями и прикрепляться костылями или шурупами. На кривых возвышение наружного рельса осуществляют увеличением толщины соответствующих полушпал.

1. Стены и свод. В твердой и прочной скале глубина заложения боковых стен должна быть не менее 15 см ниже дна балластного корыта или ниже поверхности путевого бетона при бетонированных шпалах. В слабой скале боковые стены должны быть доведены до устойчивого основания. У порталов подошва стен должна находиться не менее чем на 15 см ниже линии промерзания.

Наименьшая толщина стен при проходке без временного крепления должна быть:
для однопутных тоннелей — 38 см:
для двухпутных тоннелей — 53 см.
Если временное крепление стен выработки необходимо, то внутренняя поверхность бетона при деревянных стойках рам, расположенных на взаимном расстоянии не менее 30 см, должна
отстоять:
для однопутных тоннелей—на 36 см от внутренней поверхности стойки; на 66 см от внутренней поверхности забирки;
для двухпутных тоннелей—на 46 см от внутренней поверхности стойки; на 76 см от внутренней поверхности забирки.

1. Рекомендации AREA по бетонным тоннельным обделкам приведены на рис. 1 и 2.

Рис. 2. Рекомендация AREA по бетонной обделке однопутных тоннелей на прямых
При стальных рамах крепления внутренняя поверхность
бетона должна отстоять:
для однопутных тоннелей — на 23 см от внутренней поверхности стоек; на 38 см от внутренней поверхности забирки;
для двухпутных тоннелей — на 30 см от внутренней поверхности стоек; на 51 см от внутренней поверхности забирки.
Не рекомендуется применять деревянные рамы для крепления, кроме тех случаев, когда нельзя достать стальных рам или рам из гнутых рельсов.
В тех случаях, когда деревянные рамы расположены на взаимном расстоянии, меньшем 30 см, необходимо увеличить толщину стен и свода, а также проверить расчетом целесообразность армирования обделки.
Стальные рамы для крепления располагают на взаимном
расстоянии не менее 10 см и не более 1,22 м. Большее расстояние допускается, если стойки не несут большой нагрузки и их главным назначением является предохранение рабочих от падения кусков скалы.
Для обшивки можно применять дерево, стальную забирку, стальные облицовочные листы или стальную водоотводную обшивку. Там, где это допускается характером скалы и величиной притока грунтовых вод, забирку укладывают не вплотную, а с зазорами 10 м и более с тем, чтобы дать возможность бетону стен проникнуть к стенам выработки.
До начала бетонирования удаляют возможно большее количество элементов забирки.

Рис. 3. Рекомендации AREA по бетонной обделке двухпутных тоннелей
на прямых
В тех случаях, когда необходимо уплотнить забирку для защиты во время проходки и нецелесообразно разбирать ее при бетонировке, зазор между креплением и стеной выработки надо заполнить тощим бетоном, прочным камнем, затрамбованным на место, крупным гравием, уложенным вручную, или нагнетанием гравия.

1. Рабочие швы. Соседние секции обделки должны быть надежно соединены. В случае необходимости применяют гидроизолирующие коррозиеустойчивые соединения. Отдельные секции не должны превышать по длине 9,1 4 м на расстоянии до 36,6 м от портала и 12,2 м на остальном протяжении тоннеля.
2. Водоотводы. При наличии грунтовых вод необходимо устраивать между скалой и бетонной обделкой вертикальные и диагональные отверстия, водоотводные борозды, гончарные или металлические дренажные трубки. Необходимо обеспечить соответствующие выпуски дренажей сквозь обделку, выводя концы их не менее чем на 30 см выше дна кювета. Под путем на бетонной плите при наличии грунтовых вод необходимо устроить дренаж.

При езде на балласте в бордюрных стенках через каждые 3 м устраивают отверстия диаметром 10 см для осушения балластного слоя.
При устройстве дренажей необходимо принять меры против их засорения во время бетонирования.

1. Ниши-убежища. Ниши-убежища располагают приблизительно через 61 м, в шахматном порядке с обеих сторон. При этом расстояние между нишами получается около 30 м.

Низ ниши должен быть на одном уровне с подошвой шпал при пути, уложенном на балласте, и на уровне пересечения обратного свода со стеной — при пути на бетонной плите. При длине тоннелей более 1,6 км необходимо предусматривать ниши больших размеров (камеры), позволяющие убирать съемные автодрезины.

1. Приспособления для подвески проводов.

При необходимости следует предусмотреть устройство в обделке приспособлений для подвески кабелей и проводов.
опалубка
Примечание. Минимальное расстояние между осями путей в двухпутном тоннеле указано 3,96 м. По возможности, это расстояние следует принимать равным 4,27 м. При увеличении расстояния между осями путей вводятся соответствующие поправки к другим размерам.
1.Основные положения. Опалубка должна отвечать требованиям ТУ AREA на бетонные и железобетонные железнодорожные мосты и другие сооружения а также приводимым ниже дополнительным положениям.
Расстояние между рабочими швами должно быть ограничено, как указано выше в настоящих ТУ,
условиями усадки бетона, а также в зависимости от допускаемой методом укладки возможности обеспечить полное и равномерное заполнение опалубки.

1. Заполнение опалубки. Зазор между опалубкой и стеной выработки или заборкой крепления должен быть целиком заполнен бетоном, за исключением дренажных отверстий. Большие пустоты за пределами нормального очертания разработки тоннеля могут быть заполнены забуткой в соответствии с приведенными выше указаниями настоящих ТУ.
2. Распалубка. Опалубку ни в коем случае нельзя снимать до Достижения бетоном прочности 105 кг/смг. При температуре окружающего воздуха, превышающей 15° С, распалубку следует производить не раньше чем через 52 ч после достижения этой прочности. Если окружающая температура ниже или стены и свод испытывают горное давление, то время выдержки бетона в опалубке необходимо увеличить согласно указаниям инженера.
3. Смотровые окна. В опалубке стен и свода следует оставлять смотровые окна, позволяющие вести вибрацию бетона и надзор за его укладкой в процессе работ.

БЕТОН

1. Требования. Бетон для тоннельной обделки должен быть изготовлен и уложен в соответствии с ТУ AREA на бетонные и железобетонные железнодорожные мосты и другие конструкции, а также с требованиями, приводимыми ниже.
2. Подбор состава. Объемное соотношение воды и цемента (с учетом влаги, содержащейся в инертных) в бетоне не должно превосходить 0,77 « 0,6J, а осадка конуса не должна быть

больше 7,6 см. Бетон должен обладать прочностью на сжатие не менее 2Qb кг/смг на 28-й день, быть воздухововлекающим и содержать не меньше 3% и не больше 6% воздуха по объему. Для улучшения удобоукладываемости бетона при заданном водо-цементном отношении разрешаете употреблять проверенные добавки.

1. Укладка вручную. Бетон, укладываемый вручную, должен обладать консистенцией, допускающей полное его уплотнение для заполнения опалубки. Эта консистенция должна быть достигнута без увеличения допускаемого наибольшего водо-цементного отношения.
2. Укладка с помощью сжатого воздуха. Для укладки применяют специальную машину, подающую бетон по трубопроводу с помощью сжатого воздуха. Давление воздуха и консистенцию бетона необходимо регулировать таким образом (без увеличения наибольшего допускаемого водо-цементного отношения), чтобы при истечении бетона из трубы не происходило отделения воздушной струей раствора от крупного заполнителя. Для подачи бетона в опалубку обделки применяют гибкие рукава. По возможности конец трубопровода следует держать погруженным в бетон; в противном случае бетон следует подавать в металлический ящик, служащий гасителем, илн к поверхности ранее уложенного бетона. Независимо от метода укладки должны быть приняты меры против расслоения бетона.
3. Укладка с помощью бетононасосов. Для укладки применяют плунжерные насосы, которые накачивают бетон по трубам, иногда с помощью сжатого воздуха. Бетон следует подавать возможно ближе к месту укладки, используя в случае необходимости гибкие рукава.
4. Торкрет-бетон. Укладку торкрет-бетона необходимо вести в соответствии с ТУ AREA по торкрет-бетону.
5. Порядок бетонирования. Часть стены и лоток можно бетонировать раздельно от остальной части стены. При этом строительный шов надо располагать не более чем на 60 см выше уровня бордюрного камня балластного корыта. Остаток стены и свод следует бетонировать без швов. Лоток и стенки балластного корыта рекомендуется бетонировать за один прием.
6. Уплотнение. Во время укладки и непосредственно после нее бетон необходимо уплотнять внутренними вибраторами, которыми воздействуют на массу бетона, а не на опалубку.
7. Рабочие швы. До укладки свежего бетона на уже затвердевшую поверхность последней надлежит придать шероховатость, очистить ее от цементного молока, грязи и воды. Непосредственно перед укладкой свежего бетона старую поверхность следует покрыть слоем жидкого раствора толщиной около 1 см. Состав раствора (содержание цемента и песка) должен быть таким же, как в бетоне. Консистенция бетона и метод укладки должны быть такими, чтобы не образовалось цементное молоко. В случае образования слоя цементного молока его необходимо полностью удалить до продолжения укладки бетона.

Рыхлую и слабую скалу из-под стен и лотка надо удалять до начала бетонирования. Если по характеру скалы это нецелесообразно, то лоток и фундаменты стен следует армировать.

1. Водоотвод во время бетонирования. Бетон нельзя укладывать в проточную воду. Необходимо принимать специальные меры для осушения каждого участка, куда укладывается бетон. Для предотвращения гидростатического давления на обделку устраивается система дренажа.
2. Уход за бетоном и защита его от действия низких температур. После распалубки бетонную обделку необходимо содержать во влажном состоянии в течение 5 дней. При отрицательных температурах концы тоннеля или часть его надо закрывать и принимать соответствующие меры для поддержания температуры бетона не ниже 1 0° С в течение периода не менее 72 ч после укладки.

РАБОЧИЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ШВЫ

1. Рабочие швы. Рабочие швы нельзя располагать там, где они могут снижать способность обделки сопротивляться горному давлению. В случае необходимости в рабочих швах устраивают гидроизолирующие перекрытия, не поддающиеся коррозии.
2. Деформационные швы. Помимо рабочих швов, не следует устраивать других деформационных швов.